1、一总论1概述1.1增塑剂DOP的性质DOP化学名为邻苯二甲酸二辛酯，是一个带有支链的侧链醇酯，无色油状液体，有特殊气味。比重0.9861(20/20),熔点-55，沸点370（常压），不溶于水，溶于乙醇、乙醚、矿物油等大多数有机溶剂。与二丁酯（DBP）相比，DOP的挥发度只有DBP的1/20；与水的互溶性低，并有良好的电性能，但也有其不足点，其在热稳定性、耐迁移性、耐寒性和卫生性方面稍差。1.2产品用途邻苯二甲酸二辛酯是重要的通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯树脂的加工，还可用于化纤树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等。通用级DOP，广泛用于塑料、
2、橡胶、油漆及乳化剂等工业中。用其增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。电气级DOP，具有通用级DOP的全部性能外，还具有很好的电绝缘性能，主要用于生产电线。品级DOP，主要用于生产食品包装材料。医用级DOP，主要用于生产医疗卫生制品，如一次性医疗器具及医用包装材料等。主要用途：DOP是通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于化地树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。本品是一种多种树脂都有很强溶解力的增塑剂,能与多种纤维素树脂、橡胶、乙烯基树脂相溶，有良好的成膜性
3、、粘着性和防水性。常与邻苯二甲酸二乙酯配合用于醋酸纤维素的薄膜、清漆、透明纸和模塑粉等制作中。少量用于硝基纤维素的制作中。亦可用作丁腈胶的增塑剂。本品还可用作驱蚊油（原油）、聚氟乙烯涂料、过氧化甲乙酮以及香料（人造麝香）的溶剂。可以作为酯交换法生产邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸高碳醇酯以及其他有机合成的原料。1.3DOP在国民经济中的重要性邻苯二甲酸二辛酯(DOP)是目前使用最广泛的增塑剂，约占我国增塑剂总量45%，是重要的通用型增塑剂，任何增塑剂都是以它为基准来加以比较的，技术经济上占有绝对优势。据有关资料报道，近年来国外增塑剂生产能力超过了6400kta，国内增塑剂需求增长率为8左右，产
5、基础、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上，通过这次课程设计，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言表达能力，为以后的学习和毕业论文（设计）打下基础。（2）通过完成设计，可以知道DOP的用途；基本掌握苯酐和异辛醇制DOP的生产工艺；了解国内外DOP工业的发展现状；以及DOP工业的发展趋势。3项目设计依据和原则3.1设计依据本化工课程设计，以设计任务书为基础，综合文献检索、资料收集，综合分析，以最新科研成果和实际经验为依据，搏众家之长，选择合适设计方案。3.2设计原则本课题遵循的设计原则和指导思想
6、如下：（1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最佳方案；（2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；（3）考虑“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污、科学生产、生产安全和提高社会效益为原则主体。4设计X围本设计X围包括：（1）工艺生产方法确定、生产流程设计与论证（2）工艺计算（包括物料衡算，热量衡算）（3）酯化合成工艺主要生产设备设计与选型（4）安全生产与环保治理措施（5）设计绘图设计重点：生产工艺设计与论证，工艺计算，设备设计与选型，设计绘图。5DOP生产能力及质量标准5.1生产能力该项
12、2.2脱醇工序由于酯化反应是在过量醇的条件下进行的，必须将粗酯中的醇脱除，回收重复利用。本设计采用真空降膜脱醇工艺，热能利用合理，脱醇效率高，可脱醇至1左右。脱醇工艺参数确定如下：(1)进料粗酯温度：230(2)进料粗酯含醇量：1617(3)降膜脱醇真空度：30mbar(4)加热蒸汽压力：20ba2.3中和、水洗工序由于在酯化过程中会生成一些酸性杂质，如单酸酯等，本设计采用加入Na0H水溶液进行中和，生成可溶于水的钠盐与酯分离。中和水洗工艺参数确定如下：(1)Na0H水溶液浓度：03(wt)(2)水洗温度：95(3)粗酯：碱=6：1(vo1)(4)中和搅拌转速：180rmin(5)水洗搅拌转
13、速：50rmin(6)NaOH单耗：04kgtDOP(7)中和水洗后酸值：001002KOHmgDOP2.4汽提工序汽提是通过直接蒸汽减压蒸馏，除去粗酯中的醇和有气味的低沸物，本设计采用过热蒸汽直接减压汽提工艺。汽提干燥工艺参数确定如下：(1)粗酯人塔温度：1401600C(2)汽提塔顶部真空度：40mbar(3)干燥塔顶部真空度：99mbar(4)粗酯量：汽提蒸汽量：10：1(wt)(5)干燥塔出口酯中含水量：001005(wt)2.5过滤工序在粗酯中加入吸附剂和助滤剂，脱除粗酯中含色素的有机物和吸附脱除残存的催化剂和其它机械杂质，以保证DOP产品外观的透明度和纯度。本设计采用二级
15、于180,最后一级酯化温度为220230,酯化部分用3.9MPa的蒸汽加热.邻苯二甲酸单酯的转化率为99.5%99.9%。为了防止反应混合物在高温下长期停留而着色，并强化酯化过程，在各级酯化釜的底部都通入高纯度的氮气（氧含量10mg/kg中和，水洗是在一个带搅拌的容器中同时进行的。碱的用量为反应混合物酸值的35倍。使用20%的NaOH水溶液，当加入无离子水后碱液浓度仅为0.3%左右。因此无需在进行一次单独的水洗。非酸性催化剂也在中和、水洗工序被洗去。然后物料经脱醇（1.322.67kPa,5080）、干燥（1.32kPa,5080）后送至过滤工序。过滤工序不用一般的活性炭，而用特殊的吸附
16、剂和助滤剂。吸附剂成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO等，助滤剂（硅藻土）成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。该工序的主要目的是通过吸附剂和助滤剂的吸附，脱色作用，保证产品DOP的色泽和体积电阻率两项指标，同时除去DOP中残存的微量催化剂和其他机械杂质。最后得到高质量的DOP。DOP的收率以苯酐或以辛醇为99.3%。回收的辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。生产废水（COD值7001500mHg/L）用活性污泥进行生化处理后再排放。本工艺流程特点：原料简单，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。三、工艺计算1、物料衡算1.
19、冷却再回流至反应釜中，经测定回流比为2.5，设回流异辛醇量Xkmol则出釜异辛醇为2.5Xkmol总异辛醇量(23.28+X)kmol出釜异辛醇量为2.5X=23.2810.12+XX=8.77kmol总异辛醇为23.28+8.77=32.05kmol出釜异辛醇为21.93kmol单酸酯的量10.12kmol1.2二级酯化段釜1物料计算进釜异辛醇21.93kmol单酸酯的量10.12kmol氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.12kmolN23m3/h出釜设转化率为X第一釜DOP产量为10.12Xkmol第二釜DOP产
20、量为10.12X（1-X）kmol第三釜DOP产量为10.12X（1-X）kmol第四釜DOP产量为10.12X(1-X)(1-X)kmol第五釜DOP产量为10.12X（1-X）(1-X)(1-X)kmol所以10.12X+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)2+10.12X(1-X)310.12X=0.523即反映的转化率为X=0.523DOP的物质的量异辛醇量为单酸酯的量10.125.29=4.83氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.12kmol产生的水的物质的量n水=异辛醇一部分作为带水剂与水一起出釜，异辛醇经
21、冷凝器冷却再回流至反应釜中，经测定nB:n水=2.5:1。所以nB=5.292.5=13.23kmol/hN23m3/h,转化为摩尔流量：每一小时将有：3排出反应釜。1.3酯化工段物料衡结果表4一级酯化段物料衡算表入塔苯酐异辛醇单酸酯出塔苯酐异辛醇单酸酯量（kmol/h）26.9680.860量（kmol/h）053.9026.96摩尔含量（%）25.075.00摩尔含量（%）066.6733.33表5二级酯化段釜1物料衡算表入釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP量（kmol/h）53.9026.960.320.3221600出釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP
22、量（kmol/h）39.8012.860.320.3221614.1014.102.热量衡算表6各物质比热容物质Cp,m/kJ/(mol.k)(303K）Cp,m/kJ/(mol.k)(423K）/kJ/mol异辛醇0.28560.34540.3155-373.2苯酐0.25590.28290.2694-672.6邻苯二甲酸一辛酯0.45230.53470.4935-1120.6注：A-苯酐；B-异辛醇;C-邻苯二甲酸一辛酯1.预热器显热计算：预热器采用3.9MPa蒸汽将原料先预热到1500CQA=nA=6kJQB=6kJ2.反应釜热量的衡算以一级酯化反应釜为例：连续釜式反应器可看成
32、度混合高粘度液混合传热反应分散溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应涡轮式110010300500桨式12001030020推进式1100010500500折叶开启涡轮式1100010300500布尔马金式110010300500锚式110011001000螺杆式1500.5501000螺带式1500.5501000注：有者为合用，空白者不详或不合用。1.5.1搅拌器的选用及尺寸搅拌器的选型要根据搅拌目的，物料粘度，搅拌容器容积的大小来综合考虑。参照上表，为了实现物料的均相混合，达到返混，所以本设计选用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器。由化工原理上册教材中表4-1，选取叶轮直径d/Di=0.33,
40、H2.86m搅拌釜内经Di2.2m工作压力PT0.14MPa搅拌釜厚度n5mm夹套夹套形式螺旋板夹套螺旋板螺距P0.05m夹套环隙E0.10m夹套内冷却水流速u1.99m冷却水每小时移出热量Q482.72kW被搅拌液体侧的对流传热系数380W/(m2.oC)夹套侧冷却水对流传热系数8775.1W/(m2.oC)搅拌槽总传热系数K370.4W/(m2.oC)所需夹套面积F11.9m2由于釜内介质具有一定的腐蚀性,要求对釜体及釜盖内表面进行搪铅处理(铅层厚68)并衬耐酸瓷板二层。考虑到搪铅工艺的实施和搪铅时的铅中毒，釜体和釜盖须采用法兰连接。此外，还考虑到釜内介质的反应速度难以控制以及介质
41、的腐蚀性，设备不宜采用安全阀作超压泄放装置，故设置了一泄放口径为200mm的爆破片（厚3mm的铅制平板型爆破片内衬厚2mm的耐酸橡胶板）作为设备的超压泄放装置。2、冷凝器的设计与选型对于二级酯化反应，由于是可逆反应，过程中有水生成，从而会影响反应的进行程度。所以需要将水带出反应釜，促进反应向产物方向进行。反应液中，异辛醇将作为带水剂把水从反应釜中带出，而这样必将浪费原料，因此在反应釜上安装一个换热器加一个分离器，用于排水和回流异辛醇。这里将以二级反应第一个釜为例进行换热器的计算与选型。2.1选择换热器的类型由于反应温度在2000C以下进行，两流体温度变为：热流体进入换热器的温度为
48、也不可避免地要进行废水处理。一般说全部处理过程分为回收和净化两级。回收时必须考虑经济效益，如果回收有效成分的费用很大，就不如用少量碱将其破坏除去。对于本设计回收的辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。而产生的废水（COD值7001500mHg/L）可以用活性污泥进行生化处理后再排放。2、DOP生产过程安全事项化工产品生产是一项具有高风险性的行业，因此在整个化工生产中，设备安装、施工、操作等等都必要要考虑各方面安全因素，设计过程中要周密考虑，最大程度的消除安全隐患，使事故概率降低到最小。在设计中，流程上要考虑的安全因素主要是避免设备和管道内截止的压力超过允许的超
49、做压力而造成灾难性事故的发生。一般利用安全泄压装置来及时排放管道内的介质，使管道内截止的压力迅速下降。设备及管道中可以采用的安全泄压装置主要有爆破片和安全阀，或在管道上加安全水封和安全放空管。介质的易燃与易爆是相互关联的，防爆的首要措施是防火，所以DOP生产的安全，首要先从防火做起。根据DOP生产的特点，应采取下列防火措施：（1）贮存输送原料及产品的贮罐、管线附近严禁火源，并有明显的指示牌和标志。（2）厂房内不存放易燃物质，地沟保持通畅，防止可燃气体、液体积聚，加强厂房里通风。（3）电气设备须选用防防爆型，电缆、电源绝缘良好，防止产生电火花。接地牢靠，防止产生静电。（4）备有必须的消